Prosiding Seminar Nasional ke-8 Teknologi dan Keselamatan PLTN serra Fasilitas NuklirJakarta, 15 Oktober 2002
ISSN: 0854 -2910
RANCANGANPENYANGGAPEMBEBANANDINAMIKPADAPIPA
TEMPERATUR TINGGI
Y.B. Sitandung , B.Bandriyana
Pusat Pengembangan Sistem Reaktor Maju (P2SRM)-BATAN
ABSTRAKRANCANGAN PENYANGGA PEMBEBANAN DINAMIK PADA PIP ATEMPERA TUR TINGGI. Untuk menindaklanjuti hasil analisis tegangan pipa akibatpembebanan operasi temperatur tinggi telah dilakukan rancangan penyanggapembebanan dinamik. Penyangga tipe variabel dan konstan spring merupakan pilihanyang tepat digunakan untuk menghilangkan tegangan berlebihan (over stress) dan bebanberlebihan (over load) pada sistem pemipaan. Sebagai bahan rancangan diambil hasilanalisis terhadap sebuah potongan jalur pipa (line schedule) AP600 denganmenggunakan tiga penyangga pembebanan dinamik (dua penyangga tipe variabel dansatu tipe konstan). Rancangan awal dari ketiga penyangga tersebut didasarkan padahasil analisis dengan penyesuaian katalog penyangga dan kondisi lokasi dimanapenyangga tersebut digunakan. Untuk menjamin unjuk kerja dan tingkat akurasi tipepenyangga yang digunakan, dilakukan verifikasi terhadap toleransi jarak kerja spring,variabilitas penyangga dan sudut ayunan. Hasil rancangan penyangga variable springmeliputi beban, ukuran, working rate, tipe, toleransi, spring rate, variabilitas, panjangdan sudut ayunan dengan harga masing-masing 5000; 15; 1,25; VM; 0.655; 1080;0,114; 114,5; 0,48 untuk SI dan 2045; 12; 0,583; YS; 0,237; 900; 0,132; 130; 0,34untuk S3.
ABSTRACTDESIGN OF DYNAMIC LOADING SUPPORT ON HIGH TEMPERATURE PIPE.As a follow up to pipe stress analysis result caused by high temperature operationloading, a design of dynamic loading support was made. The type of variable andconstant support as acceptable choosing are applicated for reduce of over stress andover load on piping system. Analysis line schedule of AP600 as an example with applythree dynamic loading support (two type variable and one type constant support). Thepre-design of the third support above are based on analysis result with follow thesupport catalog and field condition wherein its supports are installed To guarantee theperformance and accurate of the support, cheking is performed for spring working ratetolerance, support variability and swing angle. The design results of variable springare loads, size, working rate, type, tolerance, spring rate, variability, long and swayangle with each values 5000; 15; 1,25; VM; 0.655; 1080; 0,114; 114,5; 0,48forSland2045; 12; 0,583; VS; 0,237; 900; 0,132; 130; 0,34forS3.
Prosiding Seminar Nasional ke-8 Teknologi don Keselamatan PLTN serra Fasilitas NuklirJakarta, 15 Oktober 2002
ISSN: 0854
PENDAHULUAN
Sistem penyangga pembebanan dinamik adalah bagian dari ilmu pemipaan yang
merupakan ilmu teknik seperti mesin, sipil, arsitek clan lain-lain dimana terdapat
perhi tungan -perhitungan clan penggarnbaran. Untuk mendalarni ilmu ill secara
professional dituntut penguasaan dasar pengetahuan kesarjanaan teknik clan pengalaman
dalam bidang mekanika teknik, spesifikasi material, tleksibilitas pipa, code, standard
lain sudah ditetapakan.clan ketentuan-ketentuan yang Penggunaanpenyanggapembebanan dinamik tipe variabel clan konstan terhadap sistem pemipaan
mengalami operasi temperatur tinggi merupakan persyaratan mutlak untuk keselamatan
sistem terutama instalasi pemipaan reaktor temperatur tinggi. Sedangkan instalasi
pemipaan yang berada pada lokasi yang rawan gempa bumi mengharuskan penggunaan
penyangga pembebanan dinamik tipe snubber yang harga clan biaya perawatannya
cukup mahal. Penggunaan penyangga ini dimaksudkan untuk mencegah gaya torsi daTi
pengaruh gempa bumi yang arahnya horizontal. Di Indonesia, penggunaan penyangga
tipe ini jarang dijumpai mengingat gempa bumi yang terjadi dengan scala richter masih
pada batas-batas yang normal. Teknologi penggunaan penyangga untuk sistem
pemipaan di negara maju khususnya instalasi sistem pemipaan PL TN sudah lama
dilakukan oleh Westinghouse Electric Corporation dimana desain sistem pemipaan
melibatkan tenaga ahli khusus dalam perhitungan tegangan pipa dengan menggunakan
suatu program komputer dengan tingkat ketelitian clan akurasi yang tinggi.
Desain terhadap penggunaan penyangga yang merupakan bagian instalasi sistem
pemipaan khususnya pipa PL TN membutuhkan ketelitian clan kecermatan yang cukup
tinggi mengingat dampak yang ditimbulkan hila ada kecelakaan sangat berbahaya.
Untuk menjamin tercapainya tingkat keselamatan yang disyaratkan maka dalam tahap
desain perlu dilakukan analisis dan evaluasi terhadap setiap sistem yang sedang
dirancang. Sebagai bahan rancangan diambil sebuah segmen sistem pemipaan dengan
konfigurasi penyangga seperti terlihat pada Gambar 1. Tegangan yang terjadi akibat
pembebanan perambatan panas (thermal expansion) yang cenderung merambat ke
semua arab merupakan kendala yang cukup sulit untuk diatasi dengan hanya
menggunakan tipe penyangga pembebanan statik (rigid)(l). Untuk mengatasinya,
penggunaan tipe penyangga pembebanan dinamik merupakan pilihan terakhir yang
harganya cukup mahal di samping pemilihan pemasangan lokasi terbatas. Salah satu
aspek yang akan dibahas dalam makalah ini adalah rancangan penyangga pembebanan
dinamik terhadap pipa temperatur tinggi. Penempatan dan penggunaan tipe penyangga
210
Prosiding Seminar Nasional ke-8 Teknologi don Keselamatan PLTN serlo Fasilitas NuklirJakarta. 15 Oktober 2002
ISSN: 0854 -2910
yang tepat serta perancangannya yang andal merupakan syarat utama yang perlu
dilakukan terhadap instalasi sistem pemipaan yang bertemperatur tinggi.
TEORI
Penyebab Pembebanan Dinamik
Penggunaan penyangga tipe variabel clan konstan lebih disebabkan karena sistem
pemipaan yang dianalisis mengalami pembebanan dinamik oleh dua jenis pengaruh
yaitu:
Pembebanan Occasional
Pembebanan occasional (1) adalah pembebanan akibat pengaruh beban SttStain bersama-
sarna beban gempa bumi. Karena lokasi pemasangan sistem pemipaan dianggap tidak
termasuk daerah gempa maka pembebanan occasional tidak diperhitungkan.
Pembebanan Ekspansi Termal
Pembebanan ekspansi teffilal(1) adalah pembebanan akibat efek proses kerja dari sistem.
ekspansi termal cenderung bergerak ke semua arabPergeseran pipa akibat beban
sehingga memerlukan pengamatan yang teliti. Pergeseran yang besar dengan arah vertikal
dapat diatasi dengan menggunakan penyangga pembebanan dinamik (penyangga variabel
dan konstan) yang rancangannya merupakan kajian lanjut dalam makalah ini.
Tipe PenyanggaTipe penyangga (2) yang digunakan terdiri dari :
Penyangga Varia bel (Variable Support)
Penyangga ini didasarkan pada perhitungan pembebanan pada per (spring) yang
diproduksi dalam 4 seri, 7 tipe clan 24 ukuran dengan kapasitas pembebanan 8 sampai
50.000 lb.
Pemasangan penyangga variabel dapat dibagi 2 yaitu
1. Tanpa travel stops
Pemasangan dengan tidak membatasi panjang dan mudah disesuaikan dengan kondisi
lokasi yang ada.
2. Dengan travel stops
Pada pemasangan dengan travel stop yaitu pembatasan panjang pada arab vertikal
sehingga harus dilakukan penyesuaian dengan kondisi dimana penyangga tersebut
dipasang.
Untuk pemilihan bentuk clan tipe penyangga variabel, harns diperhitungkan (3):
.Pergerakan pip a ke atas atau ke bawah
Prosiding Seminar Nasional ke-8 Teknologi dan Keselamatan PLTN serta Fasilitas NuklirJakarta, 15 Oktober 2002
ISSN: 0854 -2910
.Beban perencanaan
-Beban operasi (aktual)
-Beban hidrostatik (saat pengetesan)
e Spring rate
eUkuran kabel (rod)
.Tinggi spring
.Panjang kabel
.Lokasi, orientasi pipa clan spring
.Tempat tumpuan spring.
Persamaan yang digunakan(1.) untuk merancang variabel spring adalah sebagai
berikut
Untuk
Downward movement pada beban operasi maksimum
LH = 4 + KIDyl.. (1)
-Upward movement pada beban operasi minimum
LH =Lc -KIDyl (2)
-Checkload variability
-Check swing angle
a ~4° ( 4)
dengan : LH= pembebanan pada temperatur operasi maximum
Lc = pembebanan pada kondisi ruangan
K = spring rate
Dy = lendutan
ISSN: 0854- 2910
Penyangga konstan (Constant support)
Penyangga konstan adalah bentuk spring yang mempunyai perbedaan dengan
variabel dimana penyangga ini letaknya tetap pada elevasi tertentu, sedangkan reaksi
penyangga dilakukan oleh tangan yang dihubungkan langsung ke spring seperti variabel
spring. Metode pemilihan bentuk clan tipe penyangga konstan spring mempunyai
persarnaan dengan variabel spring clan tergantung pada penggunaan Tabel masing-
masing. Persarnaan yang digunakan untuk merancang konstan spring dapat dilihat pada
persarnaan (5, 6 clan 7)(2) sedangkan pengecekan sudut ayunan mempunyai persarnaan
yang sarna dengan variabel.
AT2
TO=X+C+
=>
Behan max -Behan minv=
Dengan x = faktor ukuran
C = lug height
AT = actual travel
TATA KERJA
Berdasarkan basil analisis yang diperoleh daTi analis dengan konfigurasi
penyangga seperti terlihat pada Gambar 1 (Hot Water Heating System -AHU Supply
Line Auxiliary Building MSIV Room) maka metode pemilihan tipe penyangga yang
digunakan, dapat diuraikan sebagai berikut :
Penyangga Variabel Spring (4)
.Beban aktual (Fy) yang didapat daTi basil analisis pada titik dimana penyangga
variabel dipasang. Beban maksimum Lc (cold load) = Fy + W s -:,. W s (berat
penyangga)=5 % Fy.
Prosiding Seminar Nasional ke-8 Teknologi dan Keselamatan PLTN serra Fasilitas NuklirJakarta, 15 Oktober 2002
ISSN: 0854- 2910
..
Berat Lc yang dihitung di atas dapat disesuaikan dengan Tabel 1 (pembebanan
penyangga variabel dalam pound clan inch) dari catalog variable spring yang
dipersiapkan untuk menentukan ukuran penyangga.
Working rate ( VS, VM, VL clan VT) dapat ditentukan dengan perbedaan yang
cukup (:t 0,5 in) antara jarak lendutan dari katalog denganjarak lendutan aktual
.
Pertemuan antara ukuran penyangga clan tipe penyangga dapat menghasilkan
.
spring rate (K).
Perhitungan beban operasi pada saat temperatur tinggi (LH)
Cek variabilitas beban
Cek sudut ayunan
.
Jarak ayunan pada arab horizontal (Dx, Dz) dihitung berdasarkan sudut ayunan a
<
40 => Lo = panjang penyangga dari titik sambung (rod)
variable spring sampai pada titik ikat pipa (pipe clamp).
Penyangga Konstan Spring4)
.Dihitung beban maksimum (Lc) clan lendutan maksimum yaitu actual travel (AT)
.
Total travel (TT) dapat dihitung dengan : AT + margin (20 % AT:
Dari perhitungan Lc dapat diketahui ukuran dengan menarik garis daTi total travel
( TT) pada kolom yang sarna.
Pemilihan tipe pada arab vertikal atau horizontal harus disesuaikan dengan
penyediaan panjang (TO) yang dapat dihitung dengan menggunakan Tabel
katalog konstan spring.
.
pada keadaan lokasi instalasi sistem pemipaan.
Penggunaan pictorial index seperti building attachments, fasteners, rod and rod
accessories clan pipe acttachments hams disesuaikan dengan keadaan lokasi clan
tipe penyangga yang digunakan.
Cek variabilitas penyangga.
.
Cek sudut ayunan yang mempunyai metode yang sarna dengan penyangga
variabel.
214
Prosiding Seminar Nasional ke-8 Teknologi don Keselamatan PLTN serta Fasilitas NuklirJakarta. 15 Oktober 2002
ISSN: 0854 -2910
Gambar 1: (Hot WaterHeatingSystem-AHU Supply Line Auxiliary Building
MSIV Room)
Keteran2an :8182 & 83At & A2RI & R2VI & V2C
.Penyangga Konstan.Penyangga Variabel:
Angkor.Reducer
.Katup
.Sambungan
Prosiding Seminar Nasional ke-8 Teknologi dan Keselamatan PLTN serta Fasilitas NuklirJakarta, 15 Oktober 2002
ISSN: 0854- 2910
Gambar 1 memperlihatkan konfigurasi penyangga basil analisis yaitu dua variabel clan
satu konstan yang merupakan bahan rancangan. Untuk
penyangga yang digunakan masing-masing dapat dilihat pada Gambar 2 clan 3.
mengetahui bentuk tipe
Gambar 2: Penyangga konstan arab vertikal tipe B, ukuran (1- 63)
216
~~~.,~";;~~~.,~0:~~~t:.g~.,~~~"~-c~~~~-~§~"-
I;:,.,1;:,~
~~
~~
.C)
~S
'- -!C
~a
~ bO
-~
.
"- ~
~\:e~
Q.,~ ~0\~
I""~~..~~
~~~'-',=='C~I §~~1==-='C
1====I~
=I~
-~.c=I~
("IIIIII ~.~~
=I~
~
'C
~
---Co
~
f/) =I~t..I~'£
1=bI)='cI~
IOJ
~~=,~
~Q~
t"--N
Prosiding Seminar Nasionatke-8 Teknologi dan Keselamatan PLTN serta Fasilitas NuklirJakarta, 15 Oktober 2002
ISSN: 0854 -2910
-..~-x- ~
-.-
--[J-,.,
EJ~---l~~~J
EJGambar 3: Penyangga varia bel tipe VMA, VMB, VMC & VME
Prosiding Seminar Nasional ke-8 Teknologi dan Keselamatan PLTN serra Fasilitas NuklirJakarta, 15 Oktober 2002
ISSN: 0854 -2910
Untuk memperoleh panjang TO dari Gambar 1 dapat diperoleh dari Tabel
katalog dengan ukuran (19 -34) dan harga faktor X = 32,25 in, sedangkan tinggi C
adalah 1,75 in pad a kolom dengan beban 1810 lb.
Ukuran penyangga variabel (81) yang diambil berdasarkan beban 5130 lb
adalah 15 sedangkan 83 adalah 12 dengan beban 2138 lb.
BASIL DAN PEMBABASAN
Sebelum hasil analisis dianggap final untuk dijadikan sebagai data awal
rancangan terlebih dahulu dilakukan diskusi interaktif antara analis (piping engineer)
dengan perancang sistem pemipaan (piping designer) dan perancang penyangga (civil
engineer) dengan pertimbangan sebagai berikut :
2
Penggunaan penyangga tipe restrain tidak dimungkinkan mengingat basil analisis
masih over load pada titik nossel peralatan.
Verifikasi yang dilakukan terhadap basil analisis (beban aktual) dengan penggunaan
3
penyangga tipe spring sudah memenuhi persyaratan code, standard clan regulatories.
Pemasangan penyangga dapat dilakukan dengan mudah.
4 Penggunaan aksesoris penyangga sangat sederhana.
Dari diskusi ini dimaksudkan untuk mendapatkan basil yang maksimum baik dari
segi keselamatan sistem, pemasangan penyangga maupun ekonomi. Setelah dicapai
persetujuan tersebut, maka ditetapkan basil analisis sebagai basil final clan sekaligus
menjadi data awal rancangan penyangga. Data rancangan yang diperoleh dari ketiga
jenis penyangga tersebut (dua tipe variabel dan satu konstan) dapat dilihat pada Tabel 2,
3 4 dan 5(5,6),
Tabel 2: Basil Analisis untuk Penyangga Konstan
--~
':~!:::!:::!:::IRiI~~:!:::!:~~!:::i
Ijl.l:i~ilib:8j
D~
:11:
iVv lQ7i120 (S2)
Prosiding Seminar Nasional ke-8 Teknologi dan Keselamatan PLTN serta Fasilitas NuklirJakarta, 15 Oktober 2002
ISSN: 0854 -2910
Tabel 3: Basil Analisis untuk Penyangga Varia bel
Tabel 4: Basil Rancangan Penyangga Konstan
Tabel 5: Basil Rancangan Penyangga Variabel
Dari Tabel 2, 3, 4 dan 5 dapat ditarik kesimpulan bahwa :
.
Perolehan hasil analisis sebagai data awal rancangan kedua tipe penyangga yang
digunakan mempunyai kesamaan.
Penentuan ripe penyangga baik penyangga variabel maupun konstan semuanya
tergantung pada hasil analisis.
Pada Tabel4 clan 5 hasil rancangan dapat dilihat perbedaan antara lain:
Pada penyangga konstan tidak dihitung spring rate sedangkan variabel ada.
Harga TO pada penyangga variabel dapat diperoleh secara langsung daTi Tabel
katalog sedangkan konstan dihitung terlebih dahulu.
220
ISSN: 0854- 2910
Rancangan awaI penyangga variabel ditentukan oleh beban maksimum sedangkan
konstan ditentukan oleh total travel (TT).
2
POTONGAN A -A
Garnbar 4. Penyangga Variabe Tipe Vrnb (Basil Desain)
Prosiding Seminar Nasiona/ ke-8 Teknologi dan Kese/amatan PLTN serra Fasi/itas Nuk/irJakarta, 15 Oktober 2002
ISSN: 0854 -2910
KESIMPULAN
bahwa
1 Lokasi yang digunakan untuk memasang penyangga cukup bagus karena jarak dari
sumbu pipa sampai dengan BOS = 129,29 in.
2 Penggunaan aksesoris sangat sederhana karena berdasarkan standard.
3 Rekomendasi beban yang digunakan dalam penentuan aksesoris lebih besar dari
beban aktual + 5 % beban aktual (5130 Ib > 5000 Ib).
4.
5 Perhitungan sway angle jauh lebih kecil dibandingkan dengan sway angle yang
disyaratkan (0,48 < 4).
Metode perancangan kedua tipe penyangga disamping mempunyai persamaan juga
mempunyai perbedaan yang mendasar diantaranya elevasi, reaksi penyangga dan
penentuan data awal rancangan. Pada umumnya perancang cenderung memilih
penggunaan variabel ketimbang konstan karena disamping harganya murah juga kondisi
pemasangannya lebih mudah.
ACUAN
2
Support System: July, 1983.
NPS Industries, Inc, Piping & Equipment Supports, 1989 Edition
3
4.
5
Raswari, Teknologi dan Perencanaan Sistem perpipaan : 1986
Westinghouse Electric Corporation, Piping Design Support, July, 1993
ASME / ANSI B31.1 Power Piping, 1989 Edition.
6, CAESAR II, Version 3.22 Pipe Stress Analysis Program, April, 1995
Top Related